DE68903897T2

DE68903897T2 - Luftreifen.

Info

Publication number: DE68903897T2
Application number: DE8989305880T
Authority: DE
Inventors: Robert John Blythe; Brian David William Powell
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1988-07-02
Filing date: 1989-06-09
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2009-06-10
Also published as: CA1336990C; JPH0243233A; EP0351054A1; GB8815793D0; JP2667252B2; EP0351054B1; DE68903897D1; US5115021A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Luftreifen mit verbessertem Verhalten auf der Straße insbesondere betrifft sie Mittel zur Verbesserung des Ansprechens auf die Lenkung oder des Reibungsgriffs auf nassen Straßenoberflächen (im folgenden bezeichnet als "Naßgriff"). Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden sowohl das Lenkansprechen als auch der Naßgriff verbessert.
Lenkansprechen kann definiert werden als das Maß der Abweichung von der "Geradeaus"-Fahrzeugposition beim Fahren mit der Aufbringung einer geringen Lenkkraft (etwa 15º Lenkraddrehung oder etwa 0,5º Rutschwinkel). Dies ist ein sehr wichtiger Faktor bei Motorrennen. In der Vergangenheit unternommene Bemühungen, das Lenkansprechen (das eng mit der Seitenfuhrungssteifheit eines Reifens zusammenhängt) beruhten auf der Verstärkung der Steifheit der Reifenzusammensetzung im allgemeinen und der Lauffläche im besonderen. Es wurde jedoch bei diesen früheren Arbeiten herausgefunden, daß die Verstärkung der Steifheit der Zusammensetzung zu einer entsprechenden Verringerung des Naßgriffs der sich ergebenden Reifen führt, da diese dann ein geringeres Energieabsorptionspotential (Verlustfederungswiderstand) aufweisen.
Chemical Abstract Vol. 79, No. 4, 1973, 20012q (ein Aufsatz von A.V. Shilkin et al., Proizvod Shin. Rezinotekh Asbetotekh Izdelii Ref. SB, No. 1, 6-8) offenbar die Verwendung von flüssigem Butadien-Styrol-Methacrylsäure-Copolymeren als Weichmacher für Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und natürlichem Kautschuk.
Ein Aufsatz von M.A. Wheelans in Ind. Gomma 22(4), SI, 53-4 offenbart die Verwendung eines Pfropfcopolymeren aus natürlichem Kautschuk und Methylmethacrylat als einem verstärkenden Harz für natürlichen Kautschuk, um Materialien zu schaffen, die eine Härte besitzen, die zwischen der von normalen, traditionellen elastischen Gummis und härteren Materialien wie Hartgummis liegt. Die derart erzeugten Materialien sollen zur Formung durch Spritzgießen geeignet sein.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß durch Einschluß von Pfropfcopolymeren eines Polyisoprens (bspw. natürlichem Kautschuk) und einer ungesättigten Verbindung, ausgewählt aus Methacrylsäure, Acrylsäure und deren niedrigen Alkylestern (nachfolgend als "Lenkansprechsubstanz" bezeichnet), das Lenkansprechen von Reifen wesentlich erhöht werden kann, ohne wesentlichen schädlichen Einfluß auf den Naßgriff.
Entsprechend sieht die vorliegende Erfindung einen Luftreifen vor, dessen Laufflächenbereich dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine Mischung eines Basiselastomers und eines als Lenkansprechsubstanz wirkenden Pfropfcopolymers aus Polyisopren und einer ungesättigten Verbindung, ausgewählt aus Methacrylsäure, Acrylsäure und deren niedrigen Alkylestern aufweist, wobei die Lenkansprechsubstanz in der Mischung in einer Menge im Bereich von 5 bis 60 Gew.-% der Gesamtheit des Basiselastomers und der Lenkansprechsubstanz vorliegt.
Der niedrigere Alkylester von Methacrylsäure oder Acrylsäure ist zweckmäßigerweise einer, in dem die niedrigere Alkylgruppe 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist, bspw. kann es Methyl, Äthyl, Propyl (n- oder iso-) oder Butyl (n-, iso-, sec- oder t-) sein. Dieser Ester ist zweckmäßigerweise ein niedrigerer Alkylester aus Methacrylsäure, bspw. Methylmethacrylat, und steht in besonderer Beziehung zur Verwendung von Methylmethacrylat als der Ester, wie die folgende Beschreibung zeigt.
Die Lenkansprechsubstanz ist vorzugsweise ein Polyisopren, auf welches ein niedriger Alkylester von Methacrylsäure oder Acrylsäure aufgepfropft wurde. So kann bspw., wenn das Basiselastomer (im folgenden auch als das "Basispolymer" bezeichnet) ein natürlicher Kautschuk ist, die Lenkansprechsubstanz ein Produkt sein, das durch Pfropfcopolymerisation von natürlichem Kautschuk mit dem Ester in monomerer Form erhalten wird, wobei die Pfropfcopolymerisation bspw. zwischen einer Emulsion oder Dispersion des Basiselastomers und dem Ester durchgeführt wird, wobei der Gehalt des niedrigen Alkylesters in der Lenkansprechsubstanz bspw. im Bereich von 5 bis 60 Gew.-% (bspw. 15, 20, 30, 40, 45 oder einern anderen Verhältnis im Bereich von 15 bis 50 Gew.-%) der Lenkansprechsubstanz liegt.
Wie oben dargestellt, liegt die Lenkansprechsubstanz in einer Menge im Bereich von 5 bis 60 Gew.-% der Gesamtheit des Basiselastomers und der Lenkansprechsubstanz vor. Bei der Herstellung der Reifen gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Lenkansprechsubstanz in jedem zweckmäßigen Verhältnis in diesem Bereich verwendet, so daß es auf der einen Seite eine nützliche Verstärkung des Lenkungsansprechens der Luftreifen bewirkt, deren Laufflächenbereich die Elastomerzusammensetzung nach Vulkanisation aufweist, und auf der anderen Seite nicht ausreichend hoch ist, um die anderen erwünschten Eigenschaften der Zusammensetzung zu schmälern. Geeignete Mengen der Lenkansprechsubstanz hängen wenigstens in einem gewissen Maße von ihrem Gehalt an dem niedrigen Alkylester ab. Ist das Basiselastomer ein SBR-Kautschuk, so liegt die Menge an Lenkansprechsubstanz vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 Teilen, insbesondere 15 bis 30 Teilen, pro 100 Teile der Mischung; ist das Basiselastomer ein natürlicher Kautschuk, so liegt die Menge an Lenkansprechsubstanz vorzugsweise im Bereich von 20 bis 60, insbesondere 15 bis 40 oder 50 Teilen, pro 100 Teilen der Mischung. Wie sich aus den nachfolgenden Beispielen ergibt, wurden gute Ergebnisse erreicht bei der Verwendung der als MG30 und MG49 bezeichneten Lenkansprechsubstanz in einer Menge von 20 Teilen pro 100 Teilen der Mischung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Mischung auf:
(a) Ein SBR-Elastomer oder ein cis-1,4-Polyisopren als das Basiselastomer, und
(b) ein Pfropfcopolymer aus Polyisopren und Methylmethacrylat als die Lenkansprechsubstanz, wobei das Pfropfcopolymer von 10 bis 40 Gew.-% der Gesamtheit des Basiselastomers und der Lenkansprechsubstanz bildet.
Falls gewünscht kann die Menge an Lenkansprechsubstanz anhand der Menge von Methylmethacrylat (oder anderer niedrigerer Alkylester) in der Reifenlaufflächenzusammensetzung geschätzt werden. Beispielsweise kann die Menge von Poly(Methylmethacrylat) in der Mischung im Bereich von 3 bis 20 Gew.-% der Gesamtheit des Basiselastomers und der Lenkansprechsubstanz liegen. Somit ist wenn, wie im unten aufgeführten Beispiel 2 die Lenkansprechsubstanz MG30 in einer Menge von 20 Teilen pro 100 Teilen der Mischung verwendet wird und 30 Gew.-% Methylmethacrylat aufweist, der Gehalt an Methylmethacrylat in der Laufflächenzusammensetzung etwa 6%; die entsprechende Zahl für die Verwendung von MG49 in Beispiel 3 mit einem Verhältnis von 20 Teilen pro 100 Teilen der Mischung ist ein Gehalt von etwa 9,8% Methylmethacrylat.
Die Lenkansprechsubstanz kann in der Elastomerzusammensetzung in jeder zweckmäßigen Weise eingearbeitet sein; sie wird jedoch im allgemeinen in die Zusammensetzung gleichzeitig mit der Einbringung von Vulkanisationsmitteln auf ähnliche Weise eingebracht.
Anstelle von oder zusätzlich zu den niedrigeren Estern von Methacrylsäure oder Acrylsäure können gemäß der Erfindung Methacrylsäure und/oder Acrylsäure verwendet werden. Somit kann die Lenkansprechsubstanz bspw. ein Pfropfcopolymer eines Polyisoprens und Methacrylsäure und/oder Acrylsäure sein.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht, wobei die Beispiele 1 und 4 Kontroll- oder Vergleichsbeispiele sind, die keine zugefügte Lenkansprechsubstanz enthalten, und wobei die Beispiele 2, 3, 5 und 6 Beispiele der Erfindung sind, die eine Lenkansprechsubstanz enthalten.
Die basiselastomeren Polymere, die in den Beispielen 1, 2 und 3 bzw. 4, 5 und 6 verwendet wurden, waren eine Emulsion von SBR und einem natürlichen Kautschuk; die Verbindungsbestandteile wurden derart ausgewählt, daß die Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 3 für die Lauffläche von Kraftfahrzeugreifen geeignet waren, und die Zusammensetzungen der Beispiele 4 bis 6 für Lastkraftwagenreifen Die Beispiele 7 bis 12 beziehen sich auf vulkanisierte Zusammensetzungen, die jeweils durch Vulkanisieren der Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 6 erhalten wurden.
In den Beispielen sind alle "Teile" Gewichtsanteile, soweit nicht anderes angegeben, und die Abkürzungen haben folgende Bedeutungen:
MG30 und MG49 sind jeweils ein Pfropfcopolymer, das durch Pfropfpolymerisierung von Methylmethacrylat in natürlichem Kautschuklatex erhalten wurde und nominelle Anteile von 30 bzw. 49 Gew.-% Poly(Methylmethacrylat) enthalten. Sie wurden von dem Kautschukforschungsinstitut von Malaysia, Postfach 150, Kuala Lumpur, Malaysia, erhalten.
SBR (23%S) - ein Styrol-Butadien-Copolymer mit einem Styrolgehalt von 23 Gew.-%
SMR 20 - ein natürlicher Kautschuk
N375 Schwarz - ein Ruß
Enerflex 94 - ein aromatisches Langzeitöl, das von der British Petroleum Company verkauft wird
6PPD - ein Antiabbaumittel
TMQ - ein Antiabbaumittel
CBS - Zyklohexylbenzthiazyl-Sulphenamid-Vulkanisationsbeschleuniger.
Die Stearinsäure, auf die die Beispiele Bezug nehmen, war eine Mischung von Fettsäuren, die zur Verwendung in der Kautschukindustrie verkauft werden und Fettsäuren mit 9 bis 21 Kohlenstoffatomen in der Hydrocarbon-Kette enthalten.
Die Kautschukzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 6 wurden durch Zusammenmischung der in Tabelle 1 gezeigten Bestandteile in einem Innennmischer erhalten und die sich ergebenden Zusammensetzungen wurden zu Teststücken gegossen, wobei die Vulkanisation unter den unten beschriebenen Bedingungen stattfand.
Die Kautschukzusammensetzungen der Beispiele 2 und 3 haben dieselbe Zusammensetzung wie die des Kontrollbeispieles 1, außer daß sie jeweils 20 Teile von MG30 bzw. MG49 anstelle von 20 Teilen des Basispolymers enthalten. Ähnlich haben die Kautschukzusammensetzungen der Beispiele 5 und 6 dieselbe Zusammensetzung wie die des Beispiels 4, außer daß sie jeweils 20 Teile von MG30 bzw. MG49 anstelle von 20 Teilen des Basispolymers enthalten. Tabelle 1 Beispiel Nr. Zinkoxid Stearinsäure N375 Schwarz Aromatisches Öl Paraffin-Wachs Schwefel

Beispiele 7 bis 12

Ein Teil jeder der sechs Kautschukzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 6 wurde zu Testproben geformt und Vulkanisationsbedingungen ausgesetzt, die 15 Minuten enthielten, in denen die Temperatur auf 165ºC erhöht wurde, gefolgt von 20 Minuten bei dieser Temperatur. Die erhaltenen vulkanisierten Testproben wurden unter Verwendung der dynamischen Ansprechvorrichtung getestet, die in dem Aufsatz von J.E. Smith und E.C. Sumner, veröffentlicht in "Proceedings of The International Rubber Conference 1972", beschrieben ist. Die Testbedingungen und die erhaltenen Werte für in komplexem Umrechnungsfaktor und in Verlustfaktor sind unten in Tabelle 2 dargestellt.
Der zweite Teil jeder der sechs Kautschukzusammensetzungen aus Tabelle 1 wurde getestet, um ihren Naßgriff auf einer Straßenoberfläche zu ermitteln. Jede der Mischungen wurde als Laufflächenmischung von Modellreifen der Größe 2,25 bis 8 Inches (etwa 57 bis etwa 203 mm) verwendet. Die Reifen wurden unter den folgenden Vulkanisationsbedingungen geformt: 60 Minuten bei 155ºC. Diese Modellreifen wurden zwei Tests wie folgt ausgesetzt:
Der Griff auf einer nassen Delugrip-Straßenoberfläche (Delugrip ist ein eingetragenes Warenzeichen) wurde unter Verwendung der inneren Trommelmaschine gemessen, die in einem Aufsatz von R.J. Blythe, veröffentlicht in "Proceedings of The International Rubber Conference", 1986, Gothenburg, Schweden, beschrieben ist. Messungen des Naßgriffes wurden für Spitzen- und blockierte Radgleitreibung über einen Geschwindigkeitsbereich von 8,9 bis 22,4 m/s durchgeführt. Der Test wurde wiederholt, wobei eine Bridport-Kieseloberfläche anstelle der Delugrip-Oberfläche verwendet wurde. Die erhaltenen Resultate wurden relativ zu den Kontrolldaten normalisiert. Die Ergebnisse sind (zusammen mit den mittleren normalisierten Werten für die beiden Oberflächen) in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 2 Beispiel Nr. Dynamische Ansprechvorrichtung (DRA) 3% Ablenkung und komplexer Modul bei Verlustfaktor bei berechnetes Lenkungsansprechen berechnete Naßkurvenfahrt (g) Tabelle 3 Beispiel Nr. Naßgriff (innere Trommel) Bridport-Kiesel (Spitze) Bridport-Kiesel (blöckiert) Delugrip (Spitze) Delugrip (blockiert) Mittlere Bewertung * unter Ausschluß des Delugrip-Spitzenwertes
Aus den Tabellen 2 und 3 ist zu ersehen, daß die Verwendung der MG30 und MG49 zu einer Zunahme der Steifheit und des Naßgriffes geführt hat, insbesondere wenn das Basispolymer ein natürlicher kautschuk ist.
Die Rheometrie jeder der Kautschukzusammensetzungen der Beispiele 7 bis 12 ist unten in Tabelle 4 dargestellt. Die Bedeutungen und Berechnungsmethoden der in Tabelle 4 dargestellten Parametersymbole sind in Tabelle 5 angegeben. Tabelle 4 Parameter Symbol Beispiel Nr. Einheiten RHnum min MAX-min Tabelle 5 Parameterbeschreibungen Parameter Symbol Berechnung Einheiten Plastizität Anvulkanisation Zeit bis 35% x Bindungsdichte Zeit bis 90% x Bindungsdichte Vulkanisationsrate X Bindungsdichte Optimale Verdrehungskraft Maximale Verdrehungskraft minimales Drehmoment Verdrehungskraft bei Max-Verdrehungskraft bei min maximale Verdrehungskraft, wenn Umkehrung auftritt maximale Verdrehungskraft, wenn keine Umkehrung auftritt NB MT kann bei 60,90 oder 120 Minuten sein, abhängig von der Zeit, die für die zu testende Verbindung ausgewählt würde. Umkehrungsrate Umkehrungsindex Zeit bis zur optimalen Verdrehungskraft notwendig zur Berechnung von T100+10 min für die Umkehrungsratenberechnung

Claims

1. Luftreifen, dessen Laufflächenbereich dadurch gekennzeichnet ist, daß er ein Mischung eines Basiselastomers und eines als Lenkansprechsubstanz wirkenden Pfropfcopolymeren aus Polyisopren und einer ungesättigten Verbindung, ausgewählt aus Methacrylsäure, Acrylsäure und deren niedrigeren Alkylestern aufweist, und daß die Lenkansprechsubstanz in der Mischung in einer Menge im Bereich von 5 bis 60 Gew.-% der Gesamtheit des Basiselastomeren und der Lenkansprechsubstanz vorliegt.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, bei welchem das Plyisopren natürlicher Kautschuklatex ist.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die ungesättigte Verbindung Methyl-Methacrylat ist.

4. Lufreifen nach Anspruch 1, bei welchem die Menge im Bereich von 15 bis 20 Gew.-% liegt.

5. Luftreifen nach Anspruch 1, bei welchem die Mischung aufweist:

(a) ein SBR-Elastomer oder ein cis-1,4-Polyisopren als das Basiselastomer und

(b) ein Pfropfcopolymer aus Plyisopren und Methyl-Methacrylat als die Lenkansprechsubstanz, wobei das Pfropfcopolymer von 10 bis 40 Gew.-% der Gesamtheit des Basis-elastomers und der Lenkansprechsubstanz bildet.

6. Luftreifen nach Anspruch 3, bei welchem die Menge des Poly(Methyl-Methacrylats) in der Mischung im Bereich von 3 bis 20 Gew.-% der Gesamtheit des Basiselastomers und der Lenkansprechsubstanz liegt.